张 霞，高宏元,2，王虎成

（1. 兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 / 兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室 / 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2. 兰州大学草地农业教育部工程研究中心，甘肃 兰州 730020）

近年来，我国畜牧业迅速发展，粗饲料在反刍动物饲粮中的占比增大，是动物机体与微生物互作的养分供应者[1-2]。拉伸膜裹包技术已在国内外广泛应用[3-5]，其成品具有运输便捷、市场流通迅速、存放时间长等优点。此外，苜蓿(Medicago sativa)、燕麦 (Avena sativa)、玉米 (Zea mays)裹包青贮等优质饲草是我国建植栽培草地和黄土高原丘陵沟壑区进行饲草生产的主要资源，亦是反刍动物养殖的主要粗饲料，充分利用优质饲草(玉米、燕麦、苜蓿青贮等)作为饲草资源，将有助于缓解草畜矛盾、促进养殖业的发展。因此，研究裹包青贮为主的优质饲料在反刍动物瘤胃发酵情况，对其在反刍动物生产应用中具有一定的科学意义。王立明等[6]比较了几种主要粗饲料的瘤胃降解特性发现：不同粗饲料在奶牛瘤胃中的降解规律为苜蓿的干物质(dry matter, DM)和粗蛋白(crude protein, CP)降解率最高，玉米秸秆最低；中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)降解率为全株玉米青贮最高；玉米黄贮、羊草和全株玉米青贮的(aciddetergent fiber, ADF)瘤胃有效降解率较高，玉米秸秆和苜蓿较低；桑丹等[7]通过奶牛体外发酵试验比较了燕麦干草、青贮玉米及谷草对瘤胃发酵调控的影响，表明燕麦干草的发酵参数、体外消化率及产气量均高于青贮玉米和谷草，在奶牛瘤胃中被利用比例大，对瘤胃发酵的调控更加有利；高巍等[8]对玉米秸青贮与黄贮及苜蓿干草的体外动态消化研究研究结果表明，3种饲料经72 h发酵后对瘤胃液的pH没有显著影响，但对发酵终产物挥发性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)的摩尔百分比有影响。目前多数研究集中在对裹包青贮饲草(玉米、燕麦、苜蓿裹包青贮)营养成分的比较，但有关裹包玉米、苜蓿和燕麦青贮作为粗饲料对肉羊体外瘤胃发酵影响方面的研究鲜有报道。为此，本研究选用黄土高原丘陵沟壑区推广应用的裹包玉米、燕麦、苜蓿青贮为试验材料，利用体外产气法评价3种裹包青贮饲草的肉羊体外瘤胃发酵性能，皆在为该研究区几种优质青贮饲草的饲用价值及合理搭配做初步探究，为科学高效的肉羊养殖提供理论依据和科技支撑，对生产实践具有理论指导的意义。

1 材料与方法

1.1 青贮饲草样品及营养水平分析

试验所用饲草为裹包玉米、苜蓿、燕麦青贮，均购自甘肃民祥牧草有限公司，采集的鲜样经冻干机冻干后制成粉样，以备常规化学成分分析与体外产气试验。按照实验室常规方法[9]，测定饲草的营养组成，包括粗蛋白(crude protein, CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、粗灰分(Ash)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)和中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF) (表 1)。

表 1 不同裹包青贮的营养组成Table 1 Nutrient composition of different wrapped silage

1.2 瘤胃液供体动物及瘤胃液采取

于定西市祥泰养殖场选取3只健康状况良好，体重约30 kg的小尾寒羊作为瘤胃液供体动物。试验期间舍饲群养，试验开始前作驱虫处理，保持圈内清洁干燥，定期进行消毒。日粮配制参照中国肉羊饲养标准(2004)；每天饲喂两次(09:00和19:00)，自由饮水。

晨饲前，用瘤胃液采集器经口腔采集瘤胃液，迅速装入充满CO2的密闭容器，并39 ℃保温，尽快带回实验室。把取得的瘤胃液经四层纱布过滤，得到滤液，并与人工唾液以体积比1∶2混合，39 ℃恒温，用磁力搅拌器搅拌，同时通入CO2，得到人工瘤胃液。其中人工唾液的配制采用Menke的方法[10]，然后将其置于39 ℃磁力搅拌器上不断搅拌，同时通入CO2(需通入底部)，直至溶液呈还原状态，在液面以上持续通入CO2确保厌氧。

1.3 瘤胃体外发酵试验

在玻璃注射培养器活塞前端1/3处均匀涂抹凡士林。称取0.400 0 g处理好的青贮饲草样品，加入54 μm (300目)的自制尼龙袋(长5 cm、宽2 cm)，每个尼龙袋中加入9 g左右的玻璃珠，并密封。每个样品3个重复，每个重复设置1个空白(其中只加入9 g玻璃珠)。用分液装置向装有尼龙袋样品的注射器中分别加入40 mL人工瘤胃培养液，排出培养器中的空气，用橡胶帽堵住注射器前端并用封口膜封口，将其置于已预热的(39 ℃)恒温水浴箱中。

记录体外培养3、6、9、12、24、36、48 h时的产气量，并收集48 h的发酵培养液和尼龙袋。培养液-20 ℃保存，以备后续指标的测定分析，尼龙袋放进冰水中终止发酵反应，然后在25～39 ℃的温水中洗涤直至洗涤用水清亮为止，晾干，带回实验室测定干物质消失率(in vtiro dry matter digestibility，IVDMD)。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 累积产气量(gas production，GP)的计算

GP = 该时间段内培养管产气量 - 对应空白管产气量。

1.4.2 产气动力学参数估计

根据Φrskov和Mcdonald[11]提出的数学模型GP =a + b(1 - e-ct)，将各青贮饲草样不同时间点的累积产气量代入公式计算产气动力学参数a、b、c。其中，GP为培养t时间点的累积产气量(mL)，t为培养时间(h)，e为自然对数；a表示饲草快速发酵部分产气量(mL)，b表示饲草慢速发酵部分产气量(mL)，c表示b的产气常数(mL·h-1)，a + b表示潜在产气量(mL)。

1.4.3 体外干物质消失率(IVDMD)和代谢能(ME)

式中：A为发酵前样品DM重(g)；ME (MJ·kg-1)的估算按照以下公式进行[12]。

式中：GP为24 h产气量(mL·g-1)，CP为粗蛋白含量(%)，EE为粗脂肪含量(%)。

1.4.4 氨氮(NH3-N)含量及挥发性脂肪酸(VFA)含量的测定

分别对发酵48 h的培养液进行NH3-N含量和VFA含量的测定，其中VFA包括总挥发性脂肪酸(total volatile fatty acids, TVFA)、乙酸、丙酸、丁酸、乙酸丙酸比等。NH3-N浓度测定参照周建伟[13]的方法测定，VFA浓度参照李晓亚[14]的方法使用Aglient 6890N型气相色谱仪测定。

1.5 统计分析

使用Excel 2010对数据进行初步整理；用SPSS 19.0软件中的非线性回归模型拟合出产气动力学参数；利用单因素方差分析和显著性检验进行统计分析；试验结果用平均值 ± 标准误差表示，显著性水平为 P ＜ 0.05。

2 结果与分析

2.1 3种裹包青贮在肉羊瘤胃体外产气特征

3种裹包青贮的肉羊瘤胃体外产气量均随着时间的延长而逐渐增加(图1)。在整个产气过程中，玉米青贮和燕麦青贮在同一时间点的累积产气量差异不显著(P ＞ 0.05)，但均显著高于苜蓿青贮(P ＜0.05)。通过产气动态曲线的斜率变化，大致可以判断3种裹包青贮的产气速率均在0-24 h内较快，在24 h后逐渐下降。

图 1 体外发酵0-48 h产气量变化Figure 1 Gas production during 0-48 h with trial forage不同小写字母表示同一发酵时间不同青贮间差异显著(P ＜ 0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference between three kinds of silages at the same fermentation time at the 0.05 level.

体外产气动力模型分析结果(表2)显示，玉米青贮、苜蓿青贮和燕麦青贮的快速发酵部分产气量 (a)分别为-11.14 、-8.32 和-1.84 mL·g-1，3 种裹包青贮a值均为负值，说明有产气滞后现象；3种裹包青贮的产气速率(c)均无显著差异(P ＞ 0.05)，玉米青贮和燕麦青贮的慢速发酵部分产气量(b)、潜在产气量(a + b)及48 h累积产气量GP均无显著差异 (P ＞ 0.05)，但二者均显著高于苜蓿青贮 (P ＜ 0.05)。

2.2 3种裹包青贮在肉羊瘤胃体外发酵48 h氨态氮浓度、干物质消失率及代谢能比较

玉米青贮和燕麦青贮的氨态氮(NH3-N)浓度和代谢能(ME)均无显著差异(P ＞ 0.05)，但均与苜蓿青贮存在显著差异(P ＜ 0.05)，二者NH3-N浓度显著低于苜蓿青贮，ME显著高于苜蓿青贮(P ＜ 0.05)(表3)。3种裹包青贮的pH、体外干物质消失率(IVDMD)均无显著差异 (P ＞ 0.05)。

2.3 3种裹包青贮在肉羊瘤胃体外发酵48 h总挥发性脂肪酸比较

体外发酵48 h后，3种裹包青贮的总挥发性脂肪酸 (TVFA)和丁酸含量均无显著差异(P ＞ 0.05)；乙酸含量和乙酸/丙酸(A/P)均为苜蓿青贮显著高于玉米青贮和燕麦青贮(P ＜ 0.05)；苜蓿青贮丙酸含量显著低于玉米青贮和燕麦青贮(P ＜ 0.05) (表4)。

3 讨论

3.1 3种饲草裹包青贮体外发酵产气特性

体外发酵产气量是反刍动物瘤胃底物发酵的一个重要的指标，可在一定程度上反映动物体内饲料的降解规律，亦反映瘤胃微生物的活性和底物发酵能力[10,15-17]，其大小取决于可发酵有机物含量和瘤胃微生物活力。产气量主要来源于微生物对饲料中碳水化合物和蛋白质含碳部分的降解，快速降解产气量和慢速降解产气量反映饲料发酵前期和后期可降解部分，其值越大表示该阶段可发酵成分含量越高。本研究中的玉米青贮、燕麦青贮和苜蓿青贮，其结构性碳水化合物含量相较秸秆等低品质粗饲料较高，各粗饲料的最高GP均在48 h之后出现，且玉米青贮和燕麦青贮的发酵启动时间短，主要因为禾本科饲料相对豆科饲草含有更多的易发酵碳水化合物所致；其次，本研究中3种裹包青贮的产气动态均为在24 h内产气较快，在24 h后产气速率变慢，产气动态曲线逐渐变得平缓，这与体外产气的基本规律相一致。

表 2 产气动力学参数Table 2 Gas production kinetics and estimated parameters

表 3 体外发酵48 h的pH、体外干物质消失率、氨态氮含量及代谢能Table 3 IVDMD, NH3-N concentrations, and ME after 48 h in vitro fermentation

表 4 体外发酵48 h后培养液总挥发性脂肪酸含量Table 4 Total volatile fatty acid content of culture fluid after 48 h in vitro fermentation

3.2 体外培养48 h后干物质消失率、pH和氨态氮

pH是瘤胃内环境与发酵水平综合反映指标之一，其大小受日粮类型、唾液分泌和瘤胃代谢物利用等诸多因素的影响[18]，一般认为最佳变化范围在5.5～7.5。一般情况，体外发酵培养液pH随着饲料发酵时间的延长而显著下降，主要因为发酵产酸增加及累积引起[19]。本研究中，尽管pH受粗饲料类型的影响，但3种裹包青贮培养液pH (5.88～5.98)在适宜范围内，表明发酵48 h不会影响瘤胃微生物生长繁殖。

NH3-N作为微生物分解含氮物质的终产物，可被瘤胃微生物合成微生物蛋白[20]，反映日粮蛋白质的降解和重新利用情况，浓度过高或过低均不利于微生物生长繁殖的环境，若供应不足，则微生物合成受阻，动物生产性能降低，相反，过高则会加重机体氮代谢的负担[21]。一般情况下，瘤胃氨氮水平处于动态平衡状态，但瘤胃NH3-N的含量变动很大，其最佳范围为6.58～36.7 mg·dL-1[22]。本研究中，3种裹包青贮NH3-N浓度变化范围为11.57～29.98 mg·dL-1，其均在最佳范围，这说明其浓度可以确保瘤胃微生物的正常生长。

DM瘤胃降解率的大小可以反映饲料消化的难易程度，降解率越高，饲料的可利用程度就越高[23]。DM的降解主要是CP、EE和CF等物质的降解[24]，瘤胃碳氮比适中，更有利于微生物活动，亦对应高的IVDMD。本研究条件下，玉米青贮和燕麦青贮的IVDMD分别为72.80%和73.76%，高于苜蓿青贮(64.24%)，其玉米青贮的IVDMD高的原因是青贮后的玉米富含易被瘤胃微生物发酵利用的非结构性碳水化合物；而燕麦青贮IVDMD高的原因可能是其养分间的碳氮比合适，易于微生物利用。此外，亦有研究[25]表明较低的饲料粗灰分和ADF含量会对应较高的IVDMD，可能也是玉米青贮和燕麦青贮IVDMD较高的原因之一。

3.3 体外发酵48 h培养液的总挥发性脂肪酸含量

挥发性脂肪酸是一个能量指标，为反刍动物的生长提供大部分能量，浓度的变化对维持瘤胃内环境有重要作用[17,26]，其中乙酸主要来自结构性碳水化合物的分解，而丙酸等则主要来自淀粉和可溶性糖的降解。乙酸和丙酸以不同的代谢途径提供养分和能量，乙酸/丙酸的比值大小可改变瘤胃发酵模式[21]。发酵底物结构和微生物活性是影响VFA浓度及比例的主要因素[27]。李建国和安永福研究表明，反刍动物瘤胃内乙酸、丙酸、丁酸占总挥发性脂肪酸的比例分别为50%～65%、18%～25%和12%～20%[28]，据此推算，乙酸/丙酸范围应为2.0～3.6，且其值受动物、饲料及饲养条件等因素的影响。本研究中，3种裹包青贮的VFA的各成分中皆以乙酸的浓度为最高，乙酸、丙酸含量均介于上述范围或下限；其中苜蓿青贮的TVFA相对较高，表明本研究条件下，苜蓿青贮在瘤胃中消化利用率高，与史卉玲等[29]研究结果不一致，究其原因可能是瘤胃液供体动物及饲喂日粮不同所致，相应机理需更进一步研究。

4 结论

本研究条件下，禾本科饲草(玉米、燕麦裹包青贮)，其体外产气量、体外干物质消化率和代谢能均高于豆科饲草(苜蓿裹包青贮)，但其氨态氮和总挥发性脂肪酸浓度方面苜蓿裹包青贮高于禾本科饲草(玉米、燕麦裹包青贮)，为今后肉羊饲粮配制提供参考；继续深入裹包型青贮优质饲草的组合效应对今后饲料高效利用十分必要。